材料彈性模量及泊松比測(cè)試實(shí)驗(yàn)教案

材料彈性模量及泊松比測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容：一、電測(cè)法原理1、應(yīng)變片測(cè)試原理2、惠斯登路橋應(yīng)用（1）1/4橋溫度補(bǔ)償片(R2)（2）半橋（3）全橋二、應(yīng)變片的粘貼步驟1、選片2、測(cè)點(diǎn)表面的清潔處理3、貼片4、干燥處理5、接線(xiàn)6、防潮處理三、材料彈性模量和泊松比的測(cè)定包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)）儀器設(shè)備和材料清單、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果測(cè)試等。四、應(yīng)變儀的操作方法教學(xué)要求：理解電測(cè)法的原理、應(yīng)變片的粘貼步驟；掌握材料彈性模量和泊松比測(cè)定的原理及應(yīng)變儀的使用。重點(diǎn)：電測(cè)法原理，實(shí)驗(yàn)原理，應(yīng)變儀的使用。一、電測(cè)法原理1、應(yīng)變片測(cè)試原理電測(cè)法是工程上常用的對(duì)實(shí)際構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)的方法之一。它是通過(guò)貼在構(gòu)件被測(cè)點(diǎn)處的電阻應(yīng)變片(以下簡(jiǎn)稱(chēng)應(yīng)變片)，將被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片的電阻變化，再利用電阻應(yīng)變儀測(cè)出應(yīng)變片的電阻變量，并直接轉(zhuǎn)換輸出應(yīng)變值，然后依據(jù)虎克定律計(jì)算出構(gòu)件被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值的大小。在電測(cè)法中，主要設(shè)備是電阻應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀。其中，電阻應(yīng)變片是將應(yīng)變變化量轉(zhuǎn)變成電阻變化量的轉(zhuǎn)換組件。應(yīng)變電測(cè)發(fā)具有感受元件重量輕，體積??；量測(cè)系統(tǒng)信號(hào)傳遞迅速、靈敏度高、可遙感，便于及計(jì)算機(jī)連用及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。它的工作原理很簡(jiǎn)單，是依據(jù)金屬絲的電阻R及其本身長(zhǎng)度L成正比，及其橫截面積A成反比這一物理學(xué)定律而得，用公式表示其電阻即為：當(dāng)電阻絲受到軸向拉伸或壓縮時(shí)，上式中的L、A、p均將發(fā)生變化。若此時(shí)對(duì)上式兩端同取對(duì)數(shù)，即有：對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)求導(dǎo)，有：因?yàn)榻饘匐娮杈€(xiàn)受軸向拉伸(或壓縮)作用時(shí)，式中：所以上式可寫(xiě)成：并令式中：u--電阻絲材料的泊松比K?！獑谓z靈敏系數(shù)。則：對(duì)大多數(shù)電阻絲而言，K0為常量，對(duì)絲柵狀應(yīng)變片或箔式應(yīng)變片，考慮到已不是單根絲，故改用靈敏系數(shù)K代替代?？梢?jiàn)，應(yīng)變片的電阻變化率及應(yīng)變值呈線(xiàn)性關(guān)系。當(dāng)把應(yīng)變片牢固粘貼于試件上，使之及試同步變形時(shí)，便可由式(中的電量—非電量轉(zhuǎn)換關(guān)系調(diào)得試件的應(yīng)變。2、惠斯登路橋應(yīng)用圖1惠斯登電橋（1）1/4橋溫度補(bǔ)償片(R2)（2）半橋（3）全橋二、應(yīng)變片的粘貼步驟1、選片2、測(cè)點(diǎn)表面的清潔處理3、貼片4、干燥處理5、接線(xiàn)6、防潮處理三、材料彈性模量和泊松比的測(cè)定1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）用電阻應(yīng)變片測(cè)量材料彈性模量E和泊松比μ；（2）驗(yàn)證虎克定律；（3）掌握電測(cè)方法的組橋原理及應(yīng)用。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用應(yīng)變電測(cè)法測(cè)定鋼材的彈性模量E和泊松比。3、實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)）儀器設(shè)備和材料清單（1）1。YE15002多功能材料力學(xué)電測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。（2）YE2538A程控靜態(tài)應(yīng)變儀一臺(tái)。（3）試件一根（已粘貼好應(yīng)變片）。（4）游標(biāo)卡尺。4、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1-1，它由手輪（施加力）、試件、支承框架、拉壓力傳感器等組成。材料在彈性階段服從虎克定律，其關(guān)系為，若已知載荷P及試件橫截面面積A，只要測(cè)得試件表面軸向應(yīng)變?chǔ)舙就可得，若同時(shí)測(cè)得試件表面橫向應(yīng)變?chǔ)舙’，則。圖3實(shí)驗(yàn)裝置1.手輪（施加力）；2.試件；3.支承框架；4.拉壓力傳感器E、u測(cè)定試件見(jiàn)圖1-2，是由鋁合金（或鋼等材料）加工成的板試件，在試件中間的兩個(gè)面上，沿試件的軸線(xiàn)方向和橫向共粘貼四片應(yīng)變片，分別為R1、R2、R1′、R2′，采用1/4橋接線(xiàn)法。由軸向應(yīng)變測(cè)量橋和橫向應(yīng)變測(cè)量橋可分別測(cè)得εp和εp′，也就可計(jì)算得到彈性模量E和泊松比u。圖1-2試件、應(yīng)變片布置圖及橋路布置圖5、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果測(cè)試（1）實(shí)驗(yàn)步驟①用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件橫截面尺寸。②接通測(cè)力儀電源，將測(cè)力儀開(kāi)關(guān)置開(kāi)。③按圖1-2將應(yīng)變片按1/4接線(xiàn)法接至應(yīng)變儀通道上（應(yīng)變儀操作可參考應(yīng)變儀使用說(shuō)明書(shū)）。④檢查應(yīng)變儀靈敏系數(shù)是否及應(yīng)變片一致，若不一致，重新設(shè)置。⑤實(shí)驗(yàn)：a.本實(shí)驗(yàn)取初始載荷P0=0.5kN（50N），Pmax=1.2kN（1200N），ΔP=0.2kN（100N或150N或200N），共分6次加載；b.加初始載荷0.2kN（200N），通道置零；c.逐級(jí)加載，記錄各級(jí)載荷作用下的讀數(shù)應(yīng)變。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄可參考下面記錄表。⑥試驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)機(jī)卸載，切斷應(yīng)變儀電源。取下試件。（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理根據(jù)記錄表記錄的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，每級(jí)相減，得到各級(jí)增加量的差值（從這些差值可看出力及應(yīng)變的線(xiàn)性關(guān)系），然后，計(jì)算這些差值的算術(shù)平均值ΔP均、ΔεP均、ΔεP均′，可由下式計(jì)算出彈性模量E和泊松比u。6、考核形式（1）考核的方式指導(dǎo)教師對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生進(jìn)行考核，并要求學(xué)生認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，考核成績(jī)分為：優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五等。（2）成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)A、認(rèn)真、正確完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫(xiě)的字跡秀美，條理闡述清楚、得當(dāng)，程序完善，順理成章。出勤率達(dá)90%以上，能夠熟練掌握各種測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用者，考核成績(jī)定為優(yōu)秀；B、認(rèn)真、正確完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫(xiě)的字跡工整，條理闡述清楚，程序完善。出勤率達(dá)80%以上，能夠比較熟練掌握各種測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用者，考核成績(jī)定為良好；C、較為認(rèn)真地完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫(xiě)的比較好，條理闡述比較清楚，符合程序規(guī)定。出勤率達(dá)70%以上，能較好的掌握各種測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用者，考核成績(jī)定為中等；D、較為認(rèn)真地完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫(xiě)的字跡比較潦草，但條理闡述還算清楚。出勤率達(dá)60%以上，會(huì)使用各種測(cè)量?jī)x器者，考核成績(jī)定為及格；E、不認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)或抄襲別人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，出勤率不足60%，不能正確的使用各種測(cè)量?jī)x器者，考核成績(jī)定為不及格。7、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：試驗(yàn)名稱(chēng)、試驗(yàn)?zāi)康?、儀器設(shè)備名稱(chēng)、規(guī)格、量程，試驗(yàn)記錄及結(jié)果等。8、思考題1．試件尺寸、形狀對(duì)測(cè)定彈性模量E和泊松比u有無(wú)影響？為什么？2．試件上應(yīng)變片粘貼時(shí)及試件軸線(xiàn)出現(xiàn)平移或角度差，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有無(wú)影響？記錄表序號(hào)讀數(shù)應(yīng)變軸向應(yīng)變（με）橫向應(yīng)變（με）